Praktische Informatik

Praktische Informatik

BOSS – Bochum Operating Systems and System Software

Die Forschungsarbeiten im Bereich Betriebssysteme und Systemsoftware befassen sich mit dem Entwurf, der Entwicklung und dem Betrieb effizienter, systemnaher Software. Betriebssysteme sind in Computersystemen für die effiziente Verwaltung vorhandener Betriebsmittel (z.B. CPU-Zeit, Speicher) verantwortlich und gewährleisten den sicheren Ablauf von Systemaktivitäten (z.B. Prozesseinlastung).

Herausforderungen

Durch den rasanten technologischen Fortschritt hinsichtlich Hardware und Software rücken Betriebssysteme stärker in den Fokus. Die Hardware heutiger Rechensysteme bietet eine Vielzahl unterschiedlicher Einstellungsmöglichkeiten zur Performancesteigerung (z.B. Turbo Boost) und Energieeinsparung (z.B. zahlreiche Tiefschlafmodi). Diese individuellen Einstellungen setzen eine ganzheitliche Systemsicht voraus, über die lediglich das Betriebssystem verfügt. Für zukünftige Computersysteme kommt Betriebssystemen daher eine zunehmend wichtiger werdende, zentrale Rolle zu, um Weiterentwicklungen der Hardware (z.B. neue Hardwarearchitekturen wie RISC-V) und der Software (z.B. neue Programmiersprachen wie RUST oder Konzepte wir Container-Software) gezielt auszureizen.

Schwerpunkte

Die Forschung konzentriert sich insbesondere auf die parallele und energieeffiziente Ausführung von Prozessen unter Ausnutzung verfügbarer Rechenkerne.

Energiebewusste Systeme: Forschung an Konzepten zur Etablierung energiebewusster Systemsoftware. Untersucht werden heterogene Systeme unterschiedlicher Klassen: Von eingebetteten Systemen bis hin zu Systemen aus dem Bereich des Hochleistungsrechnens.
Die sorgfältige Verwendung der zur Verfügung stehenden Energieressourcen für die Durchführung anstehender Arbeitsaufträge (z.B. Prozesse, Programmfäden) spielt beim verantwortungsbewussten Umgang mit Systemressourcen die entscheidende Rolle: Nicht-funktionale Systemeigenschaften (z.B. Effizienz, Betriebsdauer) werden nur durch eine möglichst optimale und reibungsfreie Anpassung von Software- und Hardwarekomponenten erreicht. Die enge Verzahnung von Betriebssystemkomponenten mit der Anwendungsebene einerseits und der zielgerichtete Einsatz hardwareseitiger Mechanismen zur Reduktion des Leistungsbedarfs zur Betriebszeit andererseits sind die Grundvoraussetzung für die Etablierung von Energiebewusstsein auf Systemebene.

Projekte im Bereich Energiebewusste Systeme umfassen Forschungen zur energiebewussten Programmierung, der energiebewussten Ablaufplanung und zum Entwurf und Betrieb energiebewusster Betriebssystemkomponenten. Sie werden durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert, beispielsweise durch den SFB/Transregio „Invasive Computing“ (InvasIC).

Projekte und Personen

Die Forschung im Gebiet Praktische Informatik rund um das Team von Prof. Dr. Timo Hönig werden unterstützt durch internationale Forschungskooperationen:

  • Energieeffizientes Hochleistungsrechnen in Zusammenarbeit mit der Northeastern University Boston, MA, USA (Prof. Devesh Tiwari)
  • Leistungs- und energiebewusstes Rechnen auf heterogenen Systemen (Power and Energy-aware Computing on Heterogeneous Systems, PEACHES), Dagstuhl Seminar in Zusammenarbeit mit University of Bristol (UK, Prof. Kerstin Eder), University of Pittsburgh (USA, Prof. Daniel Mosse) und IBM Research (Australien, Dr. Julian de Hoog)
  • Schichtübergreifende Kopplung von Netzwerk- und Betriebssystemkomponenten in Zusammenarbeit mit der Universität des Saarlandes (Prof. Thorsten Herfet)
  • Vereinheitlichende Laufzeitunterstützung für Energiemessungen auf heterogenen Systemen in Zusammenarbeit mit dem Hasso-Plattner-Institut (HPI) der Universität Potsdam (Prof. Andreas Polze)
  • Betriebssystemunterstützte Laufzeitmessungen und -überwachung in Zusammenarbeit mit Nokia Networks (Ralf Schlenk)